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第 38 卷 第 1 期               郑善朴等: 多层结构中脱粘缺陷的超声检测方法                                           137


                 鼓包型脱粘是粘接层中的溶剂在高温硫化过                           呈现出微小的差异如幅值浮动、时刻偏移,此差异
             程中挥发而造成的气体空间,通过图 3(a) 所示空气                        由脱粘类型的不同造成,因此波峰 a∼e 的时刻、幅
             来模拟;紧贴型脱粘是粘接面上的污染物阻碍胶黏                            值信息成为判断缺陷类型的信息源。由仿真软件中
             剂活性基团的扩散和渗透造成的极易扩展为分离                             二维云图的分帧绘图功能,根据波峰时刻值确定组
             脱粘的假性紧贴粘接,利用图3(b)所示液体水代替;                         成回波的声程如图 5 所示。其中需要注意的是,声
             斑点型脱粘是胶黏剂涂覆不均或异物掺杂造成的                             波经过界面时均存在反射和透射现象,体现在回波
             不连续群状脱粘,利用图3(c)所示胶黏剂和气体交                          中为多种波包,但部分回波的幅值与主能量相比十
             叉连接代替     [12] 。模型中激励线源长度为25 mm,加                 分微小且难以判别,因此图 5 为回波的主能量声程,
             载到与缺陷同轴的模型上边缘。固体力学模块中利                            未表示出每次透射界面时的反射现象。
             用“指定位移” 代替超声激励,激励方程为经汉宁窗
             调制的正弦脉冲函数:                                              200
                                                                                 b     d    e
                  s(t) = (1 − cos(2πft)) sin(2πft)[mm],  (9)         100
                                                                   ͯረࣨϙ/mm  0
             式 (9) 中:超声脉冲的中心频率 f 设为 1 MHz,激励                                        c
             时长 t 设为 1 µs 的单次脉冲波。为获取更精准的结
             果,以材料中声波波长的十分之一作为划分网格最                                 -100
             大单元尺寸的原则;选择 “瞬态” 求解器研究时域内                              -200                   ႍ᭧  10 mmᴂӊی
                                                                            a              ႍ᭧  10 mmጋ᠛ی
             声波动态传播过程,设置求解时间大于整体底面回                                                        ႍ᭧  10 mm஥གی
                                                                    -300
             波时长的 2 倍——25 µs;根据划分最小网格边长和                                0     5      10    15     20    25
                                                                                       ௑ᫎ/ms
             材料最大纵波波速可得出 0.05 µs 为合适的求解步
                                                                       图 4  良好粘接仿真模型脉冲反射回波
             长  [13] ;经计算后,可将声波在 25 µs 内结构中的位
                                                                 Fig. 4 Pulse echo of good bonding simulation model
             移求解结果以二维云图或一维点图的形式显示;由
             于该软件无法实现收发同源,因此,在激励线源正                                五种声程均由声波主能量在粘接界面的反射
             下方 0.05 mm 处设置同样长度的线段作为接收换                        和透射组成,不同程度地反映着粘接界面的信息,彼
             能器。以相同位置、尺寸、不同类型的脱粘模型中                            此相互制约并呈现一种非线性映射关系。界面存在
             25 µs 内接收线段的位移平均值为纵坐标画出脉冲                         脱粘缺陷时,不同脱粘类型必然存在各自的波峰变
             反射回波的一维点图如图4所示。                                   化机制,但具有分类模糊性。结合声波在多层不连
                 图 4 中可见三种回波的始波重合,始波之后有                        续介质中的传播规律,确定将五种声程的波峰时刻、
             多个明显波包,其波峰的时刻和幅值随着脱粘类型                            幅值作为区分脱粘类型的特征值。









                                   ฉ࢏a         ฉ࢏b         ฉ࢏c         ฉ࢏  d        ฉ࢏e

                                                   图 5  回波的主能量声程
                                             Fig. 5 Path of the echo’s main energy

             3.2 BP神经网络的脱粘分类                                   上位移平均值一维点图中 5 个波峰的时刻和幅值

                 由仿真软件得到三类材料相同的含已知脱粘                           作为特征值,某些回波中的部分波峰已经消失,取
             缺陷和待测缺陷结构中的脉冲反射信号,同类已                             前 5 个波峰的时刻和幅值,由此组成矩阵为24 × 10
             知脱粘有八种不同位置和尺寸的缺陷。图 6 为三层                          的已知脱粘缺陷训练样本集,三类脱粘类型标号
             BP 神经网络的脱粘缺陷分类步骤,提取接收线段                           组成校验样本集。输入层神经元节点数 I 为特征值
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